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高性能液流电池电解液研究

作　者: 梁新星
导　师: 刘素琴
学　校: 中南大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 钒液流电池添加剂 L-谷氨酸全有机液流电池
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

液流电池以其高效率,长循环寿命,低运行成本以及能量功率独立可调等独特优点,作为大型储能装置得到了广泛的关注。在液流电池中,电解液是最关键的部件之一,既作为电池的离子导体,又作为能量的储存介质,因此其性能决定了电池的整体性能。本文采用L-谷氨酸作为全钒液流电池正极电解液添加剂,以提高电解液的电化学性能及热稳定性；同时结合有机体系与液流电池的优点,对全有机体系液流电池进行了初步探索。主要研究内容和结论如下：采用L-谷氨酸作为钒电池正极电解液的添加剂,系统研究了其对于电解液电化学性能与热稳定性的影响。结果表明,L-谷氨酸的加入不仅可以有效地改善电解液的电化学性能,提高VO2+/VO2+电化学反应的可逆性,促进传质过程,同时还可以有效地抑制V205从正极电解液中的析出,从而提高电解液的热稳定性。另外,通过紫外可见光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等方法探讨了L-谷氨酸改善正极电解液的稳定性和电化学活性的机理。结果表明,添加极少量的L-谷氨酸不会与钒离子发生化学反应,其与V(V)离子的结合为物理吸附,而非化学键合。L-谷氨酸对V(V)溶液热稳定性的改善可能主要是由于L-谷氨酸在溶液中形成两性离子在表面的吸附抑制了V2O5晶核的聚集。同时L-谷氨酸的加入可在石墨毡电极表面引入含氮和含氧官能团,在电极表面为VO2+/VO2+电化学反应的进行提供了更多的活性点位,有利于电极／电解液界面上的电荷转移,从而改善了电解液的电化学性能。添加L-谷氨酸的电解液具有具有良好的充放电性能,60mA·cm-2电流密度下,电流效率和能量效率分别高达96%和74%,且表现出优良的循环稳定性。选用2,5-二叔丁基-1,4-二甲氧基苯(DDB)和茜素(QS)分别作为正负极电活性物质,DMF作为溶剂,高氯酸钠作为支持电解质,对全有机体系液流电池进行了初步探索。循环伏安表明,DDB和QS均表现出良好的电化学活性和氧化还原可逆性,组装成静态电池在10个充放电循环后容量基本保持稳定,50次循环后容量保持率为70%以上,表现出良好的循环稳定性,且充放电电流效率达90%以上。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-22
  1.1 引言  9-10
  1.2 液流电池  10-11
  1.3 全钒液流电池  11-20
    1.3.1 全钒液流电池发展历程  12-14
    1.3.2 全钒液流电池特点  14-15
    1.3.3 全钒液流电池应用  15
    1.3.4 全钒液流电池关键部件  15-20
  1.4 有机体系液流电池  20-21
  1.5 本课题的研究内容与意义  21-22
第2章 L-谷氨酸对全钒液流电池正极电解液的影响  22-37
  2.1 实验部分  22-25
    2.1.1 实验试剂及仪器  22-23
    2.1.2 电解液制备  23-24
    2.1.3 循环伏安测试(CV)  24
    2.1.4 热稳定性测试  24
    2.1.5 充放电测试  24-25
    2.1.6 紫外-可见光谱(Uv-vis)  25
    2.1.7 拉曼光谱(Raman)  25
    2.1.8 X射线光电子能谱(XPS)  25
  2.2 结果与讨论  25-35
    2.2.1 电解液循环伏安测试  25-29
    2.2.2 电解液热稳定性  29-30
    2.2.3 电解液充放电性能  30-32
    2.2.4 紫外-可见及拉曼光谱  32-33
    2.2.5 XPS分析  33-35
  2.3 本章小结  35-37
第3章一种新型全有机液流电池  37-46
  3.1 实验部分  37-40
    3.1.1 实验试剂与仪器  37-38
    3.1.2 电解液电导率测定  38
    3.1.3 循环伏安测试  38-39
    3.1.4 电池的组装与性能测试  39-40
  3.2 结果与讨论  40-45
    3.2.1 电解液组成优化  40-41
    3.2.2 循环伏安测试  41-43
    3.2.3 充放电测试  43-45
  3.3 本章小结  45-46
第4章结论与展望  46-48
  4.1 结论  46-47
  4.2 展望  47-48
参考文献  48-56
攻读学位期间主要的研究成果  56-57
致谢  57

高性能液流电池电解液研究

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